Герой Советского Союза (21.03.40). Награжден тремя орденами Ленина, пятью орденами Красного Знамени, орденами Суворова 2-й степени, Кутузова 2-й степени, Отечественной войны 1-й степени, Красной Звезды, медалями, иностранными орденами.
Родился в семье рабочего. Русский. Работал на Великолукском паровозоремонтном заводе. Окончил рабфак. Член ВКП(б) с 1929 г. В том же году по рекомендации парткома завода был направлен на учебу в Московский институт инженеров железнодорожного транспорта. На втором курсе был призван в армию.
В РККА с 1931 г. В 1932 г. окончил 1-й военную школу летчиков им. тов. Мясникова в Каче. Служил в ней летчиком-инструктором, а затем командиром звена.
В 1936 г. за хорошую организацию учебы курсантов летному мастерству и выполнение ответственного правительственного задания был награжден орденом Ленина.
В 1939 г. окончил краткосрочные курсы комиссаров-летчиков при Харьковской военной школе летчиков и был назначен военкомом 7-го иап.
Принимал участие в освободительном походе в Западную Украину.
Участвовал в советско-финской войне. Был военным комиссаром 7-го иап 59-й иаб ВВС 7-й армии Северо-Западного фронта. Совершил 30 боевых вылетов. Был награжден орденом Красного Знамени (10.01.40).
В наградном листе на присвоение батальонному комиссару Антонову звания Герой Советского Союза указывалось: «Способный боевой комиссар полка. С первых дней борьбы с белофиннами находится на фронте и является подлинным комиссаром-ленинцем в руководстве боевой и политической работой полка.
Подлинное комиссарское отношение к людям и летно-боевой работе и обеспечение быта создало ему отличный авторитет как комиссару и отличному боевому летчику-вожаку.
Комиссар Антонов является не только хорошим, чутким и заботливым партийным руководителем, но и хорошим смелым истребителем.
Вся работа полка по воспитанию людей поставлена на высоком идейном уровне, благодаря чему полк работает с большим боевым напряжением по выполнению боевых приказов командования.
Вся работа полка с первых дней войны поставлена на действенном социалистическом соревновании.
Лично имеет 30 боевых вылетов (главным образов на бомбометание военных объектов противника железнодорожных эшелонов и станций и скопления войск противника). Под личным командованием комиссара т. Антонова бомбились и были зажжены железнодорожные эшелоны на станции Курми, Иля-Сяйнис, бомбардировкой под его командованием выведена из строя батарея белобандитов у села Пиэн-Перо.
Полк за время боевых действий имеет 5136 боевых вылетов, при налете 5110 часов. Полком сбито 69 самолетов, из них 13 бомбардировщиков. Полк представляется к награде орденом Красного Знамени.
На участке 28 стрелкового корпуса, по просьбе командира корпуса, под командованием Антонова было произведено бомбометание и штурмовка контрнаступающих белофиннов. Контрнаступление врага было остановлено, не ожидавшие удара с воздуха, белофинны были отброшены и рассеяны, в результате было полностью занято местечко Вила-Виски. Тов. Антонов лично награжден орденами Ленина и Красного Знамени».
21.03.40 г. батальонный комиссар Антонов Николай Дмитриевич был удостоен звания Герой Советского Союза. Ему была вручена медаль «Золотая Звезда» № 261.
Летом 1940 г. старший батальонный комиссар Антонов был назначен военным комиссаром 42-й истребительной авиационной бригады.
Участвовал в Великой Отечественной войне. Был военкомом авиабригады.
С 25.12.42 г. по 1.04.43 г. полковник Антонов командовал 273-й истребительной авиационной дивизией 13-й ВА (Ленинградский фронт).
В январе 1943 г. дивизия поддерживала наступление 67-й армии в операции по прорыву блокады Ленинграда. В феврале обеспечивала наступательные действия войск фронта на красноборском, а в июле и августе на мгинском направлениях.
С 24.06.43 г. и до конца войны Антонов командовал 7-м истребительным авиакорпусом ПВО.
«Опыт отражения налетов немецких истребителей на Ленинград в мае 1943 г. показал, что установленный порядок подъема истребителей на перехват противника из готовности №1 себя не оправдал. Это объяснялось тем, что истребительная авиация врага действовала с аэродромов, расположенных вблизи линии фронта (Гатчина и другие) и наши истребители не успевали взлететь, набрать высоту и встретить неприятеля на подступах к городу. Поэтому для наиболее эффективной борьбы с его истребительной авиацией были предусмотрены специальные зоны патрулирования с выносом их в сторону вероятных маршрутов полетов авиации противника.
В дни наиболее интенсивных налетов приходилось держать над городом постоянный патруль из 2 - 4 самолетов.
Боевые действия нашей истребительной авиации ночью были малоэффективны. Обычно при появлении самолетов противника ночью в воздух поднималось от 2 до 10 истребителей, которые патрулировали эшелонированно по высоте в зонах ожидания. Однако вследствие несовершенства системы наведения и незначительного количества освещенных прожекторами целей встреч наших истребителей с самолетами противника было мало.
Следует отметить, что 7-го истребительного авиационного корпуса ПВО под руководством командира корпуса Героя Советского Союза полковника Н.Д. Антонова настойчиво изыскивали более совершенные методы управления истребителями в воздухе и их наведения. Они разработали и внедрили в боевую практику централизованную систему управления и радионаведения истребителей на самолеты противника.
Для успешного решения этой задачи использовались данные «Редут» и СОН. Данные станций наносились на специальные планшеты. По решению Военного совета фронта был оборудован командный пункт планшетного наведения, на котором несли постоянное дежурство опытные командиры - авианаводчики.
В результате накопленного опыта по наведению летчики корпуса стали более успешно перехватывать самолеты врага. Так, в течение сентября - октября 1943 г. из 32 наведений более половины закончилось встречей наших истребителей с бомбардировщиками противника.
Выполняя основную задачу, части 7-го истребительного авиационного корпуса одновременно прикрывали боевые порядки соединений Ленинградского фронта, вели разведку войск и коммуникаций противника».
Приказом НКО ССР № 255 от 07.07.43 г. 7-й иак ПВО был преобразован во 2-й гвардейский истребительный авиационный корпус ПВО с присвоением ему почетного наименования «Ленинградский».
«В ходе наступления войск Ленинградского фронта, начавшемся 14 января 1944 г., 2-й гвардейский истребительный авиационный Ленинградский корпус ПВО прикрывал от ударов с воздуха боевые порядки наших стрелковых соединений и штурмовал наземного противника, не давая ему возможности осуществлять планомерный отход. На прикрытие стрелковых войск части корпуса произвели около 2000 самолето-вылетов, уничтожив в воздушных боях 22 немецких самолета. Значительный эффект дали и штурмовые действия: гитлеровцы потеряли более 300 автомобилей с техникой, а также около 700 солдат и офицеров».
4.04.44 г. полковнику Антонову было присвоено воинское звание генерал-майор авиации.
В течение 1944 г. 2-й гвардейский Ленинградский истребительный авиационный корпус ПВО уничтожил 172 вражеских бомбардировщика.
За мужество и героизм 22 летчика 2-го гвардейского истребительного авиационного Ленинградского корпуса ПВО были удостоены звания Героя Советского Союза.
В 1948 г. окончил Военную академию Генштаба.
7.06.60 г. ему было присвоено воинское звание генерал-полковник авиации.
С 1970 г. - в отставке. Жил в Ленинграде.